JP2011090862A - Fuel cell system - Google Patents

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JP2011090862A JP2009243011A JP2009243011A JP2011090862A JP 2011090862 A JP2011090862 A JP 2011090862A JP 2009243011 A JP2009243011 A JP 2009243011A JP 2009243011 A JP2009243011 A JP 2009243011A JP 2011090862 A JP2011090862 A JP 2011090862A
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Hirofumi Kokubu
洋文 國分
Kouichi Kusumura
浩一 楠村
Akinari Nakamura
彰成 中村
Takayuki Urata
隆行 浦田
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system which can prevent breakage of a fuel cell and a hydrogen generator, even if an exhaust port is closed when the exhaust port of the fuel cell system is closed, since the internal pressure of the hydrogen generator and the fuel cell would increase and cause their breakage. <P>SOLUTION: The fuel cell system 1 is provided with a fuel cell 2, a hydrogen generator 3, a water tank 6 and an exhaust port 7. The water tank 6 is provided with a barrier rib 16 for dividing the tank into a first water storage section 17 and a second water storage section 18; a communication section which can communicate water stored in the first water storage section 17 and the second water storage section 18; and a drain port 20, arranged at a position which is higher than the water level of the first water storage part 17 and higher than the communication section and is formed in the second water storage section 18; and thereby when the exhaust port is closed, the exhaust gas is discharged from the drain port 20 via the first passage 8 to the second passage 12 and the first water storage section 17 and the second water storage section 18, and breakage of the fuel cell 2 and the hydrogen generator 3 is prevented. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムの運転で発生する排ガスを排気させる排気路と排ガス中に含まれる水を貯水する貯水部を備えている燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system including an exhaust passage for exhausting exhaust gas generated during operation of the fuel cell system and a water storage unit for storing water contained in the exhaust gas.

燃料電池は水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとの電気化学的反応により発電して水と熱を発生する装置である。燃料電池は燃料の持つ化学エネルギーを力学的エネルギーに変換することなく直接電気エネルギーとして取り出せるので発電効率が高い。   A fuel cell is a device that generates water and heat by generating electricity through an electrochemical reaction between a fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas containing oxygen. Fuel cells have high power generation efficiency because they can be directly extracted as electrical energy without converting the chemical energy of the fuel into mechanical energy.

従来の一般的な燃料電池システムとして、特許文献1で表わされるものがある。   There exists a thing represented by patent document 1 as a conventional common fuel cell system.

図7は、特許文献1に記載された従来の燃料電池システムを示すものである。図7に示すように、燃料電池システム201は燃料として燃料電池202に供給される水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器203と、燃料電池から排出された未反応の燃料ガスを燃焼して再利用する水素生成器203の燃焼器203aと、原料を水素生成器に送出する原料送出器204と、燃焼器203aから排出される燃焼排ガス中の水分を除去する燃焼排ガス熱交換器205と、燃焼排ガス熱交換器205等で凝縮された水を蓄える水タンク206と、燃焼排ガスを排気口207に導く第1排気路208と、第1排気路208から分岐され水タンク206と連通して燃焼排ガス熱交換器205で凝縮された水を導く第1凝縮水流路209が設けられ、また、燃料電池202に酸化剤を供給する空気ブロワ210と、燃料電池2から排出された未反応の酸化剤(以下酸化剤排ガスと呼ぶ)中の水分を除去する酸化剤排ガス熱交換器211と、酸化剤排ガスを排気口に導く第2排気路212と、第2排気路212から分岐され水タンク206と連通して酸化剤排ガス熱交換器211で凝縮された水を導く第2凝縮水流路213から構成されている。   FIG. 7 shows a conventional fuel cell system described in Patent Document 1. In FIG. As shown in FIG. 7, the fuel cell system 201 combusts a hydrogen generator 203 that generates fuel gas containing hydrogen to be supplied to the fuel cell 202 as fuel, and unreacted fuel gas discharged from the fuel cell. A combustor 203a of the hydrogen generator 203 to be reused, a raw material transmitter 204 for sending the raw material to the hydrogen generator, a flue gas heat exchanger 205 for removing moisture in the flue gas discharged from the combustor 203a, A water tank 206 that stores water condensed by the combustion exhaust gas heat exchanger 205 and the like, a first exhaust path 208 that guides the combustion exhaust gas to the exhaust port 207, a branch from the first exhaust path 208, and communication with the water tank 206 for combustion A first condensate flow path 209 that guides water condensed in the exhaust gas heat exchanger 205 is provided, an air blower 210 that supplies an oxidant to the fuel cell 202, and the fuel cell 2 An oxidant exhaust gas heat exchanger 211 that removes moisture in the unreacted oxidant (hereinafter referred to as oxidant exhaust gas), a second exhaust path 212 that guides the oxidant exhaust gas to an exhaust port, and a second exhaust path The second condensate flow path 213 is branched from 212 and communicates with the water tank 206 to guide water condensed in the oxidant exhaust gas heat exchanger 211.

特開2008−176999号公報JP 2008-176999 A

しかしながら、前記従来の燃料電池システムの構成では、排気口207が閉塞された場合に、燃焼器203aでの燃焼の安定性が損なわれるおそれがあり、また、燃料電池202や水素生成器203の内圧が上昇し、燃料電池202や水素生成器203が破損するおそれがある。   However, in the configuration of the conventional fuel cell system, when the exhaust port 207 is blocked, the stability of combustion in the combustor 203a may be impaired, and the internal pressure of the fuel cell 202 or the hydrogen generator 203 may be impaired. As a result, the fuel cell 202 and the hydrogen generator 203 may be damaged.

そこで本発明は、前記従来の課題を解決するもので、排気口が閉塞された場合に、水タンクの排水口から排ガスを排出することで、水素生成器または燃料電池の内圧上昇を防止して、水素生成器や燃料電池の破損を防止する燃料電池システムを提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention solves the above-described conventional problems, and when the exhaust port is blocked, exhaust gas is discharged from the drain port of the water tank, thereby preventing an increase in the internal pressure of the hydrogen generator or the fuel cell. An object of the present invention is to provide a fuel cell system that prevents damage to a hydrogen generator or a fuel cell.

前記従来の課題を達成するために、本発明の燃料電池システムは、原料と水から改質反応により水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、水素生成器と燃料電池の少なくともいずれか一方から排気される排ガスを筐体外に排出する排気口と、排ガスを前記排気口に導く第1流路と、排ガスに含まれる水を蓄え、密閉された水タンクと、第1流路から分岐され、排ガスに含ま
れる水を前記水タンクに導く第2流路とを備え、水タンクは、第1貯水部と第2貯水部とに分割する隔壁と、第1貯水部と第2貯水部に蓄えられた水を連通する連通部とを設け、第1貯水部には第2流路が連通し、第2貯水部には、隔壁の最下部より高く、また連通部より高い位置に配される排水口を構成する。
In order to achieve the above-described conventional problems, a fuel cell system of the present invention includes a hydrogen generator that generates hydrogen-containing fuel gas from a raw material and water by a reforming reaction, and an oxidant gas that includes fuel gas and oxygen. Included in the exhaust gas, a fuel cell for generating electricity using, an exhaust port for exhausting exhaust gas exhausted from at least one of the hydrogen generator and the fuel cell to the outside of the housing, a first flow path for guiding exhaust gas to the exhaust port, and The water tank includes a sealed water tank and a second flow path that branches off from the first flow path and guides water contained in the exhaust gas to the water tank. A partition wall that is divided into a water storage unit, a communication unit that communicates water stored in the first water storage unit and the second water storage unit, and a second flow path that communicates with the first water storage unit. The drain outlet is located higher than the lowest part of the partition wall and higher than the communication part. To configure.

これによって、排気口が閉塞しても、排ガスは第1流路から第2流路と前記第1貯水部と前記第2貯水部とを介して、排水口から排出されるのである。   Thereby, even if the exhaust port is blocked, the exhaust gas is discharged from the drain port from the first channel through the second channel, the first water storage unit, and the second water storage unit.

本発明の燃料電池システムは、排気口が閉塞しても、排ガスは水タンクの排水口から排出できるため、水素生成器や燃料電池の内圧上昇を防止でき、水素生成器や燃料電池の破損を防止できるのである。   In the fuel cell system of the present invention, even if the exhaust port is blocked, exhaust gas can be discharged from the drain port of the water tank. Therefore, the internal pressure of the hydrogen generator and the fuel cell can be prevented from increasing, and the hydrogen generator and the fuel cell can be damaged. It can be prevented.

本発明の実施の形態1における燃料電池システムの概略図Schematic of the fuel cell system in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態1における燃料電池システムの水タンクの構成を示す模式図Schematic diagram showing the configuration of the water tank of the fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態2における燃料電池システムの概略図Schematic of the fuel cell system in Embodiment 2 of the present invention 本発明の実施の形態2における燃料電池システムの原料ガス送出量および規定値を示す特性図FIG. 5 is a characteristic diagram showing the feed rate and specified value of the raw material gas of the fuel cell system in Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施の形態3における燃料電池システムの概略図Schematic of the fuel cell system in Embodiment 3 of the present invention 本発明の実施の形態3における燃料電池システムの空気送出量および規定値を示す特性図FIG. 5 is a characteristic diagram showing the air delivery amount and specified value of the fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention. 従来の燃料電池システムの概略図Schematic diagram of a conventional fuel cell system

第1の本発明は、原料と水から改質反応により水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、水素生成器と燃料電池の少なくともいずれか一方から排気される排ガスを筐体外に排出する排気口と、排ガスを排気口に導く第1流路と、排ガスに含まれる水を蓄え、密閉された筐体で形成された水タンクと、第1流路から分岐され、排ガスに含まれる水を水タンクに導く第2流路とを備え、水タンクは、第1貯水部と第2貯水部とに分割する隔壁と、第1貯水部と第2貯水部に貯水された水を連通する連通部とを設け、第1貯水部には第2流路が連通し、第2貯水部には、第1貯水部の水位よりも高く、また連通部より高い位置に配される排水口を構成することにより、排気口が閉塞した場合、第1流路の圧力が増加し、第1流路と第2流路と連通している水タンクの第1貯水部の圧力も増加することから、第1貯水部の水面は隔壁より低い位置まで押し下げられ、第2貯水部の水面は排水口以上まで上昇し、排水口から水が排出され、排ガスは第1流路から第2流路と第1貯水部と第2貯水部とを介して、排水口から排出でき、燃料電池や水素生成器の破損を防止できるのである。   A first aspect of the present invention includes a hydrogen generator that generates a fuel gas containing hydrogen from a raw material and water by a reforming reaction, a fuel cell that generates power using an oxidant gas containing a fuel gas and oxygen, and a hydrogen generator And an exhaust port that exhausts exhaust gas exhausted from at least one of the fuel cells to the outside of the housing, a first flow path that guides the exhaust gas to the exhaust port, and water that is contained in the exhaust gas is stored and formed in a sealed housing The water tank is divided into a first water storage section and a second water storage section. The partition wall is divided into a first water storage section and a second water storage section. And a communication part for communicating the water stored in the first water storage part and the second water storage part, a second flow path is connected to the first water storage part, and a first water storage part is provided to the second water storage part By configuring a drain outlet that is higher than the water level and higher than the communication part, When closed, the pressure in the first reservoir increases, and the pressure in the first reservoir of the water tank communicating with the first and second channels also increases. It is pushed down to a position lower than the partition wall, the water surface of the second water reservoir rises to the drainage port or more, water is discharged from the drainage port, and the exhaust gas flows from the first channel to the second channel, the first water reservoir, and the second water reservoir. It can be discharged from the drainage port through the part, and damage to the fuel cell and the hydrogen generator can be prevented.

第2の本発明は、特に、第1の本発明の水タンクには水位を検知する水位検知器を有することで、水位検知器が規定値よりも低い水位であることを検出したときには運転を停止させるように制御する制御部を備えることで、排気口が閉塞した場合に、第1貯水路の水位が低下するため、水位検知器により排気口の閉塞を検知することができ、燃料電池や水素生成器の破損を防止できるのである。   In the second aspect of the present invention, in particular, the water tank of the first aspect of the present invention has a water level detector for detecting the water level, so that the operation is performed when the water level detector detects that the water level is lower than the specified value. By providing a control unit that controls to stop, when the exhaust port is blocked, the water level of the first reservoir is lowered, so the blockage of the exhaust port can be detected by the water level detector, The hydrogen generator can be prevented from being damaged.

第3の本発明は、特に、第1の本発明の水素生成器へ原料を供給する原料供給部と、原料供給部から供給される原料供給量を測定する原料流量測定部とを備え、原料供給量が規定値より低下した場合に運転を停止させるように制御する制御部をさらに備えることで、排気口が閉塞した場合に、第1流路の圧力損失が増加して、第1流路の圧力損失増加によ
り原料供給量が低下するため、原料供給量の低下により排気口の閉塞を検知することができ、燃料電池や水素生成器の破損を防止できるのである。
In particular, the third aspect of the present invention includes a raw material supply unit that supplies a raw material to the hydrogen generator of the first aspect of the present invention, and a raw material flow rate measurement unit that measures a raw material supply amount supplied from the raw material supply unit. By further including a control unit that controls to stop the operation when the supply amount falls below a specified value, the pressure loss of the first flow path increases when the exhaust port is blocked, and the first flow path Since the raw material supply amount decreases due to an increase in the pressure loss, the blockage of the exhaust port can be detected due to the decrease in the raw material supply amount, and damage to the fuel cell and the hydrogen generator can be prevented.

第4の本発明は、特に、第1の本発明の水素生成器へ原料ガスを供給する原料供給部を有し、原料供給部の供給能力が規定値より高い供給能力であることを検知したときには運転を停止させるように制御する制御部をさらに備えることで、排気口が閉塞した場合に、第1流路の圧力損失が増加し、第1流路の圧力損失増加により原料供給部の供給能力が高くなることから排気口閉塞を検知することができ、燃料電池や水素生成器の破損を防止できるのである。   In particular, the fourth aspect of the present invention has a raw material supply part that supplies the raw material gas to the hydrogen generator of the first aspect of the present invention, and has detected that the supply capacity of the raw material supply part is higher than a specified value. Sometimes, by further providing a control unit that controls to stop the operation, when the exhaust port is closed, the pressure loss of the first flow path increases, and the supply of the raw material supply unit is increased by the increase of the pressure loss of the first flow path. Since the capacity is increased, it is possible to detect an exhaust port blockage and prevent damage to the fuel cell and the hydrogen generator.

第5の本発明は、特に、第1の本発明の燃料電池へ空気を供給する空気供給部と、空気供給部から供給される空気供給量を測定する空気流量測定部とを備え、空気供給量が規定値より低下した場合に運転を停止させるように制御する制御部をさらに備えることで、排気口が閉塞した場合に、第1流路の圧力損失が増加し、第1流路の圧力損失増加により空気供給量が低下するため、空気供給量の低下により、排気口の閉塞を検知することができ、燃料電池の破損を防止できるのである。   In particular, the fifth aspect of the present invention includes an air supply unit that supplies air to the fuel cell of the first aspect of the present invention, and an air flow rate measurement unit that measures the amount of air supplied from the air supply unit. By further including a control unit that controls to stop the operation when the amount falls below a specified value, the pressure loss of the first flow path increases when the exhaust port is blocked, and the pressure of the first flow path Since the amount of air supply decreases due to the increase in loss, the blockage of the exhaust port can be detected due to the decrease in the amount of air supply, and damage to the fuel cell can be prevented.

第6の本発明は、特に、第1の本発明の燃料電池へ空気を供給する空気供給部を有し、空気供給部の供給能力が規定値より高い供給能力であることを検知したときには運転を停止させるように制御する制御部をさらに備えることで、第1流路の圧力損失が増加し、第1流路の圧力損失増加により空気供給部の供給能力が高くなることから、排気口閉塞を検知することができ、燃料電池の破損を防止できるのである。   The sixth aspect of the present invention has an air supply unit that supplies air to the fuel cell of the first aspect of the present invention, and operates when it is detected that the supply capability of the air supply unit is higher than a specified value. By further including a control unit that controls to stop the air flow, the pressure loss of the first flow path increases, and the supply capacity of the air supply unit increases due to the increase of the pressure loss of the first flow path. Can be detected, and damage to the fuel cell can be prevented.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the present embodiment.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における燃料電池システムの構成を示す概略図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.

図1において、本実施の形態における燃料電池システム1は、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池2と、原料と水から改質反応により水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器3と、水素生成器3に原料を供給する原料供給部として原料ブロワ4と、燃料電池2から排出された未反応の燃料ガスを燃焼して再利用する水素生成器3の燃焼器3aと、燃焼器3aから排出される燃焼排ガス中の水分を除去する燃焼排ガス熱交換器5と、燃焼排ガス熱交換器5等で凝縮された水を蓄える水タンク6と、燃焼排ガスを筐体外に排出する排気口7に導く第1排気路8と、第1排気路8から分岐され水タンク6に連通し、燃焼排ガス熱交換器5で凝縮された水を導く第1凝縮水流路9が設けられている。また、燃料電池2に酸化剤ガスを供給する空気供給部として空気ブロワ10と、燃料電池2から排出された未反応の酸化剤ガス(以下酸化剤排ガス)中の水分を除去する酸化剤排ガス熱交換器11と、酸化剤排ガスを排気口7に導く第2排気路12と、第2排気路12から分岐され水タンク6に連通し酸化剤排ガス熱交換器11で凝縮された水を導く第2凝縮水流路13と、貯湯タンク14の水を循環させて、燃焼排ガス熱交換器5や酸化剤排ガス熱交換器11の凝縮熱や燃料電池2の冷却水熱(図示せず)を、貯湯タンク14に回収するように構成された温水循環経路15が設けられている。   In FIG. 1, a fuel cell system 1 according to the present embodiment includes a fuel cell 2 that generates power using a fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas containing oxygen, and hydrogen by a reforming reaction from raw materials and water. Hydrogen generator 3 for generating fuel gas, raw material blower 4 as a raw material supply unit for supplying the raw material to hydrogen generator 3, and hydrogen generation for burning and reusing unreacted fuel gas discharged from fuel cell 2 A combustor 3a of the combustor 3, a combustion exhaust gas heat exchanger 5 for removing moisture in the combustion exhaust gas discharged from the combustor 3a, a water tank 6 for storing water condensed in the combustion exhaust gas heat exchanger 5 and the like, A first exhaust path 8 that leads to an exhaust port 7 that discharges combustion exhaust gas to the outside of the housing, and a first branch that branches from the first exhaust path 8 and communicates with the water tank 6 to guide water condensed in the combustion exhaust gas heat exchanger 5. A condensed water flow path 9 is provided. The air blower 10 serves as an air supply unit for supplying the oxidant gas to the fuel cell 2 and the oxidant exhaust gas heat for removing moisture in the unreacted oxidant gas (hereinafter referred to as oxidant exhaust gas) discharged from the fuel cell 2. An exchanger 11, a second exhaust passage 12 that guides the oxidant exhaust gas to the exhaust port 7, a second branch that branches from the second exhaust passage 12, communicates with the water tank 6, and guides the water condensed in the oxidant exhaust gas heat exchanger 11. 2 The water in the condensed water flow path 13 and the hot water storage tank 14 is circulated to condense the heat of condensation from the combustion exhaust gas heat exchanger 5 and the oxidant exhaust gas heat exchanger 11 and the cooling water heat (not shown) of the fuel cell 2 A hot water circulation path 15 configured to collect in the tank 14 is provided.

なお本実施の形態における構成部材としての第1排気路8ならびに第2排気路12は第1の本発明の第1流路の具体的一例であり、第1凝縮水流路9ならびに第2凝縮水流路13は第1の本発明の第2流路の具体的一例である。   The first exhaust path 8 and the second exhaust path 12 as constituent members in the present embodiment are specific examples of the first flow path of the first aspect of the present invention, and the first condensed water flow path 9 and the second condensed water flow. The path 13 is a specific example of the second flow path of the first present invention.

本実施の形態における燃料電池システム1の具体的動作を説明する。   A specific operation of the fuel cell system 1 in the present embodiment will be described.

燃料電池システム1は、水素生成器3に天然ガス、LPG等の原料が原料ブロワ4により供給される。水素生成器3では、供給された原料が水蒸気雰囲気化で水蒸気改質され、水素を多く含む燃料ガスが生成される。生成された燃料ガスは、燃料電池2の燃料極側に供給される。また、空気ブロワ10によって、空気が酸化剤ガスとして燃料電池2の酸化剤極側に供給される。   In the fuel cell system 1, raw materials such as natural gas and LPG are supplied to a hydrogen generator 3 by a raw material blower 4. In the hydrogen generator 3, the supplied raw material is steam reformed in a steam atmosphere, and a fuel gas containing a large amount of hydrogen is generated. The generated fuel gas is supplied to the fuel electrode side of the fuel cell 2. The air blower 10 supplies air as an oxidant gas to the oxidant electrode side of the fuel cell 2.

燃料電池2では、このようにして、供給された燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて反応が行われ、それにより発電が行われるとともに熱が発生する。この熱は、燃料電池2を通流する冷却水に回収される。   In the fuel cell 2, the reaction is thus performed using the supplied fuel gas and oxidant gas, thereby generating power and generating heat. This heat is recovered in the cooling water flowing through the fuel cell 2.

ここで、反応に利用されずに燃料電池2から排出された未反応の燃料ガスは水素生成器3の燃焼器3aに供給され、燃焼に用いられる。燃焼器3aで生じる燃焼熱により水素生成器3の反応部(図示せず)が加熱され、それにより、反応部を所定の温度に保った状態で水蒸気改質反応が行われる。燃焼器3aから排出された燃焼排ガスは燃焼排ガス熱交換器5に送られる。かかる構成では、温水循環経路15の水によって、燃焼排ガスの熱が回収されて燃焼排ガスが露点温度以下まで冷却され、それにより、燃焼排ガスの水分が凝縮される。そして、この凝縮された水は、第1凝縮水流路9を通じて、水タンク6に蓄えられる。また、燃焼排ガスの気体成分は、第1排気路8を通じて排気口7から外部に放出される。   Here, unreacted fuel gas discharged from the fuel cell 2 without being used for the reaction is supplied to the combustor 3a of the hydrogen generator 3 and used for combustion. The reaction part (not shown) of the hydrogen generator 3 is heated by the combustion heat generated in the combustor 3a, whereby the steam reforming reaction is performed with the reaction part kept at a predetermined temperature. The flue gas discharged from the combustor 3 a is sent to the flue gas heat exchanger 5. In such a configuration, the heat of the combustion exhaust gas is recovered by the water in the hot water circulation path 15 and the combustion exhaust gas is cooled to a dew point temperature or less, thereby condensing the moisture of the combustion exhaust gas. The condensed water is stored in the water tank 6 through the first condensed water channel 9. Further, the gaseous component of the combustion exhaust gas is discharged to the outside from the exhaust port 7 through the first exhaust path 8.

また、反応に利用されずに燃料電池2から排出された未反応の酸化剤排ガスは、酸化剤排ガス熱交換器11に送られる。かかる構成では、温水循環経路15の水によって、酸化剤排ガスの熱が回収されて酸化剤排ガスが露点温度以下まで冷却され、それにより、酸化剤排ガスの水分が凝縮される。そして、この凝縮された水は、第2凝縮水流路13を通じて、水タンク6に蓄えられる。また、酸化剤排ガスの気体成分は、第2排気路12を通じて排気口7から外部に放出される。   The unreacted oxidant exhaust gas discharged from the fuel cell 2 without being used for the reaction is sent to the oxidant exhaust gas heat exchanger 11. In such a configuration, the heat of the oxidant exhaust gas is recovered by the water in the hot water circulation path 15, and the oxidant exhaust gas is cooled to the dew point temperature or lower, thereby condensing the moisture of the oxidant exhaust gas. The condensed water is stored in the water tank 6 through the second condensed water channel 13. Further, the gaseous component of the oxidant exhaust gas is discharged to the outside from the exhaust port 7 through the second exhaust path 12.

次に本発明を特徴づける水タンク6の詳細構成について図2を用いて説明する。水タンクは密閉された構成になっており、図2に示すように、水タンク6内は、隔壁16を設けることで、第1貯水部17と第2貯水部18に分割し、第1貯水部17と第2貯水部18に蓄えられた水を連通する連通部6Aが形成されている。燃焼排ガス熱交換器5や酸化剤排ガス熱交換器11で凝縮された水を第1凝縮水流路9および第2凝縮水流路13を通じて導くことにより、第1貯水部17に蓄えられる。また、水位検知器19を第1貯水部17の隔壁16の最下部16Aより高い位置に備えた構成となっている。第2貯水部18には、排水口20を水位検知器19より高い位置に備えることで、貯水された水を排出し、排水口20の高さは、排気口7閉塞時に燃料電池2および水素生成器3の耐圧以下で、排水口20から排ガスを排出できるように高さを設定する。隔壁16の最下部16Aから排水口20までの高さをHmm、水素生成器3の耐圧が燃料電池2の耐圧より低く、水素生成器3の耐圧をAkPaとすると、隔壁16の最下部16Aから排水口20までの高さHは、103×Amm以下にする。燃料電池システム1の起動時には第1貯水部17の水位検知器19が水面低下を検知すれば、給水弁21を開放して、市水を供給することから、運転時は常に、第1貯水部17の水位は、水位検知器19より高い位置にある。   Next, a detailed configuration of the water tank 6 characterizing the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the water tank 6 is divided into a first water storage part 17 and a second water storage part 18 by providing a partition wall 16 as shown in FIG. A communication portion 6 </ b> A that communicates the water stored in the portion 17 and the second water storage portion 18 is formed. The water condensed in the combustion exhaust gas heat exchanger 5 and the oxidant exhaust gas heat exchanger 11 is stored in the first water storage unit 17 by guiding it through the first condensed water channel 9 and the second condensed water channel 13. Further, the water level detector 19 is provided at a position higher than the lowermost part 16 </ b> A of the partition wall 16 of the first water reservoir 17. The second water storage section 18 is provided with a drain outlet 20 at a position higher than the water level detector 19 so that the stored water is discharged. The height of the drain outlet 20 is such that the fuel cell 2 and hydrogen The height is set so that the exhaust gas can be discharged from the drain port 20 below the pressure resistance of the generator 3. Assuming that the height from the lowermost part 16A of the partition wall 16 to the drain outlet 20 is Hmm, the pressure resistance of the hydrogen generator 3 is lower than the pressure resistance of the fuel cell 2, and the pressure resistance of the hydrogen generator 3 is AkPa, from the lowermost part 16A of the partition wall 16 The height H to the drain port 20 is 103 × A mm or less. If the water level detector 19 of the first water storage unit 17 detects a drop in the water level when the fuel cell system 1 is started, the water supply valve 21 is opened and city water is supplied. Therefore, the first water storage unit is always operated during operation. The water level 17 is higher than the water level detector 19.

なお、第1排気路8および第2排気路12は圧力損失が大きくならないように内径が十分に大きい配管を用いる。   The first exhaust path 8 and the second exhaust path 12 are pipes having sufficiently large inner diameters so that pressure loss does not increase.

以上のように構成された燃料電池システム1について、以下その動作、作用を説明する。   About the fuel cell system 1 comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.

図2(A)に示す通常運転時の状態から、運転中に排気口7が次第に閉塞すると、図2(B)に示すように、排気口7での燃焼排ガスと酸化剤排ガスの圧力損失が増加し、第1排気路8および第2排気路12の圧力が増加することから、水タンク6の第1貯水部17の水位が低下する。第1貯水部17に蓄えられた水は連通部6Aを介して第2貯水部18に移動することにより、第2貯水部18の水位は、第1貯水部17の水位が低下した分だけ上昇し、図2(C)に示すように、第2貯水部18の水位が排水口20より高くなると、水タンク6の水は排水口20を通じて、排水される。さらに排気口7が閉塞すると、排気口7での燃焼排ガスと酸化剤排ガスの圧力損失はさらに増加して、第1排気路8および第2排気路12の圧力がさらに増加することから、図2(D)に示すように、水タンク6の第1貯水部17の水位はさらに低くなり、隔壁16の最下部16Aより低くなる。すると、燃焼排ガスと酸化剤排ガスは、第1排気路8もしくは第2排気路12から、第1凝縮水流路9もしくは第2凝縮水流路13、第1貯水部17、連通部6A、第2貯水部18を通じて、気泡となって、排水口20から排出できることから、排気口7が閉塞しても、燃料電池2や水素生成器3の破損を防止できるのである。   When the exhaust port 7 is gradually closed during operation from the state of normal operation shown in FIG. 2A, the pressure loss of the combustion exhaust gas and the oxidant exhaust gas at the exhaust port 7 is reduced as shown in FIG. Since the pressure in the first exhaust path 8 and the second exhaust path 12 increases and the water level of the first water storage part 17 of the water tank 6 decreases. The water stored in the first water storage unit 17 moves to the second water storage unit 18 via the communication unit 6A, so that the water level of the second water storage unit 18 increases by the amount that the water level of the first water storage unit 17 decreases. Then, as shown in FIG. 2C, when the water level of the second water storage unit 18 becomes higher than the drain port 20, the water in the water tank 6 is drained through the drain port 20. When the exhaust port 7 is further blocked, the pressure loss of the combustion exhaust gas and the oxidant exhaust gas at the exhaust port 7 further increases, and the pressures in the first exhaust path 8 and the second exhaust path 12 further increase. As shown to (D), the water level of the 1st water storage part 17 of the water tank 6 becomes still lower, and becomes lower than the lowermost part 16A of the partition 16. Then, the combustion exhaust gas and the oxidant exhaust gas are supplied from the first exhaust passage 8 or the second exhaust passage 12 to the first condensed water passage 9 or the second condensed water passage 13, the first water storage portion 17, the communication portion 6A, and the second water storage water. Since the air bubbles can be discharged from the drain port 20 through the portion 18, even if the exhaust port 7 is blocked, the fuel cell 2 and the hydrogen generator 3 can be prevented from being damaged.

排気口7が閉塞しても、排ガスを排水口20から排出することができるが、排気口7が閉塞していることを検知するため、本実施の形態における燃料電池システム1の制御部22は、第2の本発明における水位検知器19が燃料電池2による発電運転中に水位低下を検知した場合に運転を停止させる機能をもつ。排気口7が閉塞した場合に、水素生成器3の耐圧AkPa以下で、水位検知器19で水位低下異常を検知できるように、本実施の形態では水位センサ19の規定値を隔壁16の最下部16Aと同等の高さである位置に設定する。例えば、水素生成器3の耐圧が燃料電池2の耐圧より低く、水素生成器3の耐圧をAkPaとすると、水位検知器排水口20から103×Amm低い位置が水位センサ19の規定値とする。このとき、図2(B)に示すように、排気口7が次第に閉塞すると、排気口7での燃焼排ガスと酸化剤排ガスの圧力損失が増加し、第1排気路8および第2排気路12の圧力が増加することから、図2(C)に示すように、水タンク6の第1貯水部17の水位が低下し、第2貯水部18の水位が上昇する。排気口7がさらに閉塞すると、図2(D)に示すように、燃焼排ガスと酸化剤排ガスの排気口7での圧力損失はさらに増加し、第1排気路8および第2排気路12の圧力がさらに増加することから、水タンク6の第1貯水部17の水位が隔壁16の最下部16A以下まで低下し、燃焼排ガスと酸化剤排ガスは、気泡となって、第2貯水部18を通じて、排水口20から排出され、一方で、制御部22は水位センサ19で第1貯水部17の水位低下を検知し、燃料電池システム1の運転を停止することができ、排気口7が閉塞しても、燃料電池2や水素生成器3の破損を防止できるのである。   Even if the exhaust port 7 is blocked, the exhaust gas can be discharged from the drain port 20, but in order to detect that the exhaust port 7 is blocked, the control unit 22 of the fuel cell system 1 in the present embodiment is The water level detector 19 in the second aspect of the present invention has a function of stopping the operation when it detects a drop in the water level during the power generation operation by the fuel cell 2. In the present embodiment, the specified value of the water level sensor 19 is set to the lowermost part of the partition wall 16 so that the water level detector 19 can detect an abnormality in the water level drop when the exhaust port 7 is blocked and the pressure resistance AkPa is lower than the hydrogen generator 3. The position is set to a height equivalent to 16A. For example, if the pressure resistance of the hydrogen generator 3 is lower than the pressure resistance of the fuel cell 2 and the pressure resistance of the hydrogen generator 3 is AkPa, the position 103 × A mm lower than the water level detector drain 20 is set as the specified value of the water level sensor 19. At this time, as shown in FIG. 2B, when the exhaust port 7 is gradually closed, the pressure loss of the combustion exhaust gas and the oxidant exhaust gas at the exhaust port 7 increases, and the first exhaust path 8 and the second exhaust path 12. Therefore, as shown in FIG. 2C, the water level of the first water storage part 17 of the water tank 6 decreases and the water level of the second water storage part 18 increases. When the exhaust port 7 is further closed, as shown in FIG. 2D, the pressure loss of the combustion exhaust gas and the oxidant exhaust gas at the exhaust port 7 further increases, and the pressures of the first exhaust path 8 and the second exhaust path 12 are increased. Is further increased, the water level of the first water storage part 17 of the water tank 6 is lowered to the lowermost part 16A of the partition wall 16, and the combustion exhaust gas and the oxidant exhaust gas become bubbles and pass through the second water storage part 18. On the other hand, the control unit 22 can detect the lowering of the water level of the first water storage unit 17 by the water level sensor 19 and can stop the operation of the fuel cell system 1, and the exhaust port 7 is blocked. In addition, the fuel cell 2 and the hydrogen generator 3 can be prevented from being damaged.

(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2における燃料電池システムの構成を示す概略図である。なお、図3において、図1と互いに同一あるいは、相当する部材には同じ符号を付し、重複した説明は省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 3, members that are the same as or correspond to those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.

図3に示すように燃料電池システム31は図1に示す燃料電池システム1と比較して、水タンク6に連通しているのは、燃焼排ガス熱交換器5で凝縮された水を導く第1凝縮水流路9のみであり、酸化剤排ガス熱交換器11で凝縮された水を水タンク6に導かない点で異なっている。   As shown in FIG. 3, the fuel cell system 31 communicates with the water tank 6 in comparison with the fuel cell system 1 shown in FIG. 1 in that the water condensed in the flue gas heat exchanger 5 is guided. Only the condensed water passage 9 is different in that the water condensed in the oxidant exhaust gas heat exchanger 11 is not led to the water tank 6.

排気口7は燃焼排ガスを排出する第1排気口7aと酸化剤排ガスを排出する第2排気口7bに分かれている点でも異なる。   The exhaust port 7 is also different in that it is divided into a first exhaust port 7a for discharging combustion exhaust gas and a second exhaust port 7b for discharging oxidant exhaust gas.

水タンク6の排水口20の高さは、排気口7閉塞時に燃料電池2および水素生成器3の耐圧以下で、排ガスを排水口20から排出できるように高さを設定する。隔壁16の最下
部16Aから排水口20までの高さをHmm、水素生成器3の耐圧が燃料電池2の耐圧より低く、水素生成器3の耐圧をAkPaとすると、隔壁16の最下部16Aから排水口20までの高さHは、103×Amm以下にする。
The height of the drain port 20 of the water tank 6 is set so that the exhaust gas can be discharged from the drain port 20 below the pressure resistance of the fuel cell 2 and the hydrogen generator 3 when the exhaust port 7 is closed. Assuming that the height from the lowermost part 16A of the partition wall 16 to the drain outlet 20 is Hmm, the pressure resistance of the hydrogen generator 3 is lower than the pressure resistance of the fuel cell 2, and the pressure resistance of the hydrogen generator 3 is AkPa, from the lowermost part 16A of the partition wall 16 The height H to the drain port 20 is 103 × A mm or less.

制御部22は、原料流量測定部として原料流量計32が検知する原料供給量が図4に示すような発電電力に応じた原料供給量になるように、原料供給部として原料ブロワ4の供給能力を変化させることで原料供給量を制御する点で異なっている。たとえば、原料供給量は、最低発電電力200Wでは1NLM、最高発電電力1,000Wでは4NLMとする。   The control unit 22 supplies the raw material blower 4 as a raw material supply unit so that the raw material supply amount detected by the raw material flow meter 32 as the raw material flow rate measurement unit becomes a raw material supply amount corresponding to the generated power as shown in FIG. It is different in that the amount of raw material supply is controlled by changing. For example, the raw material supply amount is 1 NLM at a minimum generated power of 200 W and 4 NLM at a maximum generated power of 1,000 W.

また、本実施の形態における構成部材としての原料ブロワ4、原料流量計32は、各々、第4および第5の本発明における原料供給部、原料流量測定部の具体的な実施の一例である。   Moreover, the raw material blower 4 and the raw material flow meter 32 as constituent members in the present embodiment are examples of specific implementations of the raw material supply unit and the raw material flow rate measurement unit in the fourth and fifth aspects of the present invention, respectively.

以上のように構成された燃料電池システム31について、以下その動作、作用を説明する。排気口7aが次第に閉塞すると、燃焼排ガスの排気口7aでの圧力損失が増加し、第1排気路8の圧力が増加することから、水タンク6の第1貯水部17の水位が低下する。第2貯水部18の水位は第1貯水部17の水位が低下した分だけ上昇し、第2貯水部18の水位が排水口20より高くなると、排水口20を通じて、排水される。さらに排気口7aが閉塞すると、燃焼排ガスの排気口7aでの圧力損失はさらに増加し、第1排気路8の圧力はさらに増加することから、水タンク6の第1貯水部17の水位は隔壁16の最下部16Aより低くなる。すると、図2で説明した作用と同様に、燃焼排ガスは、第1排気路8から、第1凝縮水流路9、第1貯水部17、第2貯水部18を通じて、気泡となって、排水口20から排出でき、排気口7aが閉塞しても、燃料電池2や水素生成器3の破損を防止できるのである。   About the fuel cell system 31 comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below. When the exhaust port 7a is gradually closed, the pressure loss of the combustion exhaust gas at the exhaust port 7a increases and the pressure in the first exhaust path 8 increases, so that the water level of the first water reservoir 17 of the water tank 6 decreases. The water level of the second water storage unit 18 rises by the amount that the water level of the first water storage unit 17 is lowered. When the water level of the second water storage unit 18 becomes higher than the drainage port 20, the water level is drained through the drainage port 20. Further, when the exhaust port 7a is closed, the pressure loss of the combustion exhaust gas at the exhaust port 7a further increases and the pressure in the first exhaust path 8 further increases, so that the water level of the first water storage part 17 of the water tank 6 becomes the partition wall. 16 is lower than the lowermost part 16A. Then, similarly to the operation described in FIG. 2, the combustion exhaust gas becomes air bubbles from the first exhaust passage 8 through the first condensed water passage 9, the first water storage portion 17, and the second water storage portion 18, and becomes a drain outlet. Even if the exhaust port 7a is closed, the fuel cell 2 and the hydrogen generator 3 can be prevented from being damaged.

なお、本実施の形態における燃料電池システム31の制御部22は、第3の本発明における原料流量計32が検知する原料供給量が規定値より低下した場合に制御部22が運転を停止する具体的な一例として、図4に示す発電電力に対応した規定値を設ける。燃料電池2の燃料利用率増加に伴う燃料電池2の劣化を防止するために、規定値は最低発電電力200Wでの燃料利用率が90%となる原料供給量0.8NLM以下、最高発電電力1,000Wでの燃料利用率が90%となる原料供給量3.2NLM以下に設定し、また、発電電力に対して一次直線になるように設定する。例えば、1,000W運転時に原料流量計32が検知する原料供給量が規定値である3.2以下に低下したことを検知すると、制御部22は、燃料電池システム31の運転を停止させる。   The control unit 22 of the fuel cell system 31 according to the present embodiment is a specific example in which the control unit 22 stops the operation when the raw material supply amount detected by the raw material flow meter 32 in the third aspect of the present invention falls below a specified value. As a specific example, a prescribed value corresponding to the generated power shown in FIG. 4 is provided. In order to prevent deterioration of the fuel cell 2 due to an increase in the fuel usage rate of the fuel cell 2, the specified value is a raw material supply amount of 0.8 NLM or less, a maximum generated power of 1 with a fuel usage rate of 90% at a minimum generated power of 200 W The raw material supply amount is set to 3.2 NLM or less so that the fuel utilization rate at 90,000 W is 90%, and is set to be a linear line with respect to the generated power. For example, when it is detected that the raw material supply amount detected by the raw material flow meter 32 during the 1,000 W operation has decreased to a predetermined value of 3.2 or less, the control unit 22 stops the operation of the fuel cell system 31.

このとき、排気口7aが次第に閉塞すると、排気口7aでの燃焼排ガスの圧力損失は増加し、第1排気路8を含めた経路の圧力損失が増加し、原料供給量が低下する。このとき、原料流量計5が検知する原料供給量が規定値より低下した場合、制御部22は燃料電池システムの運転を停止することができ、排気口7aが閉塞しても、燃料電池2や水素生成器3の破損を防止できるのである。   At this time, when the exhaust port 7a is gradually closed, the pressure loss of the combustion exhaust gas at the exhaust port 7a increases, the pressure loss of the path including the first exhaust path 8 increases, and the raw material supply amount decreases. At this time, when the raw material supply amount detected by the raw material flow meter 5 falls below a specified value, the control unit 22 can stop the operation of the fuel cell system, and even if the exhaust port 7a is blocked, the fuel cell 2 or It is possible to prevent the hydrogen generator 3 from being damaged.

また、第4の本発明における原料供給部としての原料ブロワ4の供給能力が規定値より高い供給能力であることを検知した場合に運転を停止する具体的な一例として、原料ブロワ4の供給能力が80%以上では、水素生成器3の耐圧以上になり、水素生成器が破損する恐れがあることから、原料ブロワ4の供給能力の規定値を80%から10ポイント低い70%とする。たとえば、1,000W運転時に原料ブロワ4の供給能力が規定値である70%以上に増加したことを検知すると、制御部22は燃料電池システム31の運転を停止させる。   In addition, as a specific example of stopping the operation when it is detected that the supply capacity of the raw material blower 4 as the raw material supply unit in the fourth aspect of the present invention is higher than a specified value, the supply capacity of the raw material blower 4 is stopped. Is 80% or more, the pressure resistance of the hydrogen generator 3 is exceeded, and the hydrogen generator may be damaged. Therefore, the specified value of the supply capacity of the raw material blower 4 is set to 70%, which is 10 points lower than 80%. For example, when it is detected that the supply capacity of the raw material blower 4 has increased to a specified value of 70% or more during 1,000 W operation, the control unit 22 stops the operation of the fuel cell system 31.

排気口7aが閉塞すると、排気口7aでの燃焼排ガスの圧力損失が増加し、第1排気路8の圧力が増加することから、水タンク6の第1貯水部17の水位が低下する。このとき、第1排気路8を含めた経路の圧力損失が増加することから、原料供給量が低下する。制御部22は、原料流量計32が検知する原料供給量が図4に示すような発電電力に応じた原料供給量になるように、原料ブロワ4の供給能力を増加させる。さらに排気口7が閉塞すると、第1排気路8を含めた経路の圧力損失はさらに増加し、原料ブロワ4の供給能力はさらに増加する。たとえば、1,000W運転時に原料ブロワ4の供給能力が規定値である70%以上に増加したことを検知すると、制御部22は、燃料電池システム31の運転を停止させる。このように原料ブロワ4の供給能力により、排気口7aの閉塞を検知でき、排気口7aが閉塞しても、燃料電池2や水素生成器3の破損を防止できるのである。   When the exhaust port 7a is closed, the pressure loss of the combustion exhaust gas at the exhaust port 7a increases and the pressure in the first exhaust path 8 increases, so that the water level of the first water reservoir 17 of the water tank 6 decreases. At this time, since the pressure loss of the path including the first exhaust path 8 increases, the raw material supply amount decreases. The control unit 22 increases the supply capacity of the raw material blower 4 so that the raw material supply amount detected by the raw material flow meter 32 becomes a raw material supply amount corresponding to the generated power as shown in FIG. When the exhaust port 7 is further blocked, the pressure loss in the path including the first exhaust path 8 further increases, and the supply capacity of the raw material blower 4 further increases. For example, when detecting that the supply capacity of the raw material blower 4 has increased to a specified value of 70% or more during 1,000 W operation, the control unit 22 stops the operation of the fuel cell system 31. Thus, the supply capacity of the raw material blower 4 can detect the blockage of the exhaust port 7a, and even if the exhaust port 7a is blocked, the fuel cell 2 and the hydrogen generator 3 can be prevented from being damaged.

(実施の形態3)
図5は、本発明の実施の形態3における燃料電池システムの構成を示す概略図である。なお、図5において、図1と互いに同一あるいは、相当する部材には同じ符号を付し、重複した説明は省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 5, members that are the same as or correspond to those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.

図5に示すように燃料電池システム41は図1に示す燃料電池システム1と比較して、水タンク6に連通しているのは、酸化剤排ガス熱交換器11で凝縮した水を導く第2凝縮水流路13のみであり、燃焼排ガス熱交換器5で凝縮した水を水タンク6に導かない点で異なっている。排気口7は燃焼排ガスを排出する第1排気口7aと酸化剤排ガスを排出する第2排気口7bに分かれている点でも異なる。水タンク6の排水口20の高さは、排気口7閉塞時に燃料電池2の耐圧以下で、排ガスを排水口20から排出できるように高さを設定する。隔壁16最下部から排水口20までの高さをHmm、水素生成器3の耐圧が燃料電池2の耐圧より低く、燃料電池2の耐圧をBkPaとすると、隔壁16最下部から排水口20までの高さHは、103×Bmm以下にする。   As shown in FIG. 5, the fuel cell system 41 communicates with the water tank 6 in comparison with the fuel cell system 1 shown in FIG. Only the condensed water passage 13 is different in that the water condensed in the combustion exhaust gas heat exchanger 5 is not led to the water tank 6. The exhaust port 7 is also different in that it is divided into a first exhaust port 7a for discharging combustion exhaust gas and a second exhaust port 7b for discharging oxidant exhaust gas. The height of the drain port 20 of the water tank 6 is set so that the exhaust gas can be discharged from the drain port 20 below the pressure resistance of the fuel cell 2 when the exhaust port 7 is closed. Assuming that the height from the lowermost part of the partition wall 16 to the drainage port 20 is Hmm, the pressure resistance of the hydrogen generator 3 is lower than the pressure resistance of the fuel cell 2, and the pressure resistance of the fuel cell 2 is BkPa, The height H is set to 103 × B mm or less.

制御部22は、空気流量測定部として空気流量計42が検知する空気供給量が図6に示すような発電電力に応じた空気供給量になるように、空気供給部として空気ブロワ10の供給能力を変化させることで空気供給量を制御する点で異なり、たとえば、空気供給量は、最低発電電力200Wでは10NLM、最高発電電力1,000Wでは40NLMとする。   The control unit 22 supplies the air blower 10 as an air supply unit so that the air supply amount detected by the air flow meter 42 as the air flow measurement unit becomes an air supply amount according to the generated power as shown in FIG. For example, the air supply amount is 10 NLM for the lowest generated power 200 W and 40 NLM for the highest generated power 1,000 W.

本実施の形態における構成部材としての空気ブロワ10、空気流量計42は、各々、第6および第7の本発明における空気供給部、空気流量測定部の具体的な実施の一例である。   The air blower 10 and the air flow meter 42 as constituent members in the present embodiment are examples of specific implementations of the air supply unit and the air flow rate measurement unit in the sixth and seventh aspects of the present invention, respectively.

以上のように構成された燃料電池システム41について、以下その動作、作用を説明する。排気口7bが閉塞すると、排気口7bでの酸化剤排ガスの圧力損失が増加し、第2排気路12の圧力が増加することから、水タンク6の第1貯水部17の水位が低下する。第2貯水部18の水位は、第1貯水部17の水位が低下した分だけ上昇し、第2貯水部18の水位が排水口20より高くなると、水タンク6の水は排水口20を通じて、排水される。さらに排気口7bが閉塞すると、排気口7bでの酸化剤排ガスの圧力損失はさらに増加し、水タンク6の第1貯水部17の水位は隔壁16より低くなる。そうすると、図2で説明した作用と同様に、酸化剤排ガスは、第2排気路12から、第2凝縮水流路13、第1貯水部17、第2貯水部18を通じて、気泡となって、排水口20から排出でき、排気口7bが閉塞しても、燃料電池2の破損を防止できるのである。   About the fuel cell system 41 comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below. When the exhaust port 7b is closed, the pressure loss of the oxidant exhaust gas at the exhaust port 7b increases and the pressure in the second exhaust path 12 increases, so that the water level of the first water reservoir 17 of the water tank 6 decreases. The water level of the second water storage unit 18 rises by the amount that the water level of the first water storage unit 17 decreases, and when the water level of the second water storage unit 18 becomes higher than the drainage port 20, the water in the water tank 6 passes through the drainage port 20. Drained. Further, when the exhaust port 7b is closed, the pressure loss of the oxidant exhaust gas at the exhaust port 7b further increases, and the water level of the first water reservoir 17 of the water tank 6 becomes lower than that of the partition wall 16. 2, the oxidant exhaust gas becomes bubbles from the second exhaust passage 12 through the second condensate flow path 13, the first water storage section 17, and the second water storage section 18, and drains. Even if the gas can be discharged from the port 20 and the exhaust port 7b is closed, the fuel cell 2 can be prevented from being damaged.

なお、本実施の形態における燃料電池システム41の制御部22は、第5の本発明における空気流量計42が検知する空気供給量が規定値より低下した場合に運転を停止する具体的な一例として、図6に示す発電電力に対応した規定値を設ける。燃料電池2の酸化剤
利用率増加に伴う燃料電池2の劣化を防止するために、規定値は最低発電電力200Wでの酸化剤利用率が80%となる空気供給量6NLM以下、最高発電電力1,000Wでの酸化剤利用率が80%となる空気供給量24NLM以下に設定し、また、発電電力に対して一次直線になるように規定値を設定する。たとえば、200W運転時に空気流量計42が検知する空気供給量が規定値である6NLM以下に低下したことを検知すると、制御部22は燃料電池システム41の運転を停止させる。
As a specific example, the control unit 22 of the fuel cell system 41 in the present embodiment stops the operation when the air supply amount detected by the air flow meter 42 in the fifth aspect of the present invention falls below a specified value. A prescribed value corresponding to the generated power shown in FIG. 6 is provided. In order to prevent deterioration of the fuel cell 2 due to an increase in the oxidant utilization rate of the fuel cell 2, the specified value is an air supply amount of 6 NLM or less at which the oxidant utilization rate is 80% at the minimum generated power 200 W, and the maximum generated power 1 The oxidant utilization rate at 1,000 W is set to an air supply amount of 24 NLM or less at which the oxidant utilization rate is 80%, and a specified value is set to be a linear line with respect to the generated power. For example, the controller 22 stops the operation of the fuel cell system 41 when detecting that the air supply amount detected by the air flow meter 42 during the 200 W operation has decreased to a specified value of 6 NLM or less.

このとき、排気口7bが次第に閉塞すると、排気口7bでの酸化剤排ガスの圧力損失は増加し、第2排気路12を含めた空気経路の圧力損失が増加し、空気供給量が低下する。例えば、制御部22は200W運転時に空気流量計42が検知する空気供給量が規定値である6NLM以下であることを検知すると、燃料電池システム41の運転を停止させることができ、排気口7bが閉塞しても、燃料電池2の破損を防止できるのである。   At this time, when the exhaust port 7b is gradually closed, the pressure loss of the oxidant exhaust gas at the exhaust port 7b increases, the pressure loss of the air path including the second exhaust channel 12 increases, and the air supply amount decreases. For example, when the control unit 22 detects that the air supply amount detected by the air flow meter 42 during 200 W operation is equal to or less than a specified value of 6 NLM, the operation of the fuel cell system 41 can be stopped, and the exhaust port 7b Even if it is blocked, the fuel cell 2 can be prevented from being damaged.

また、第6の本発明における空気供給部として空気ブロワ10の供給能力が規定値より高い供給能力であることを検知した場合に運転を停止する具体的な一例として、空気ブロワ10の供給能力が70%以上では、燃料電池3の圧力が耐圧以上になり、燃料電池2が破損する恐れがあることから、空気ブロワ10の供給能力の規定値を70%から5ポイント低い65%とする。たとえば、200W運転時に空気ブロワ10の供給能力が規定値である65%以上に増加したことを検知すると、制御部22は燃料電池システム41の運転を停止させる。   Further, as a specific example of stopping the operation when it is detected that the supply capacity of the air blower 10 is higher than a specified value as the air supply unit in the sixth aspect of the present invention, the supply capacity of the air blower 10 is If it is 70% or more, the pressure of the fuel cell 3 becomes higher than the pressure resistance, and the fuel cell 2 may be damaged. Therefore, the specified value of the supply capacity of the air blower 10 is set to 65%, which is 5 points lower than 70%. For example, when it is detected that the supply capacity of the air blower 10 has increased to a specified value of 65% or more during 200 W operation, the control unit 22 stops the operation of the fuel cell system 41.

排気口7bが次第に閉塞すると、排気口7bでの酸化剤排ガスの圧力損失が増加し、第2排気路12の圧力が増加することから、水タンク6の第1貯水部17の水位が低下する。このとき、第2排気路12を含めた空気経路の圧力損失は増加し、空気供給量は低下する。制御部22は、空気流量計42が検知する空気供給量が図7に示すような発電電力に応じた空気供給量になるように、空気ブロワ10の供給能力を増加させる。さらに排気口7bが閉塞すると、空気経路の圧力損失はさらに増加する。例えば、1,000W運転時に空気ブロワ4の供給能力が規定値である65%以上に増加したことを検知すると、制御部22は、燃料電池システム41の運転を停止させることができ、排気口7bが閉塞しても、燃料電池2の破損を防止できるのである。   When the exhaust port 7b is gradually closed, the pressure loss of the oxidant exhaust gas at the exhaust port 7b increases and the pressure in the second exhaust path 12 increases, so that the water level of the first water reservoir 17 of the water tank 6 decreases. . At this time, the pressure loss of the air path including the second exhaust path 12 increases, and the air supply amount decreases. The controller 22 increases the supply capacity of the air blower 10 so that the air supply amount detected by the air flow meter 42 becomes an air supply amount corresponding to the generated power as shown in FIG. Further, when the exhaust port 7b is blocked, the pressure loss in the air path further increases. For example, when detecting that the supply capacity of the air blower 4 has increased to a specified value of 65% or more during 1,000 W operation, the control unit 22 can stop the operation of the fuel cell system 41, and the exhaust port 7b. Even if the fuel cell is blocked, the fuel cell 2 can be prevented from being damaged.

本発明の燃料電池システムは、たとえばコージェネレーション装置に利用される燃料電池システム等に有用である。   The fuel cell system of the present invention is useful for, for example, a fuel cell system used for a cogeneration apparatus.

1、31、41、201 燃料電池システム
2、202 燃料電池
3、203 水素生成器
3a、203a 燃焼器
4、204 原料ブロワ
5、205 燃焼排ガス熱交換器
6、206 水タンク
7、207 排気口
7a 燃焼排ガス排気口
7b 酸化剤排ガス排気口
8、208 第1排気路
9、209 第1凝縮水路
10、210 空気ブロワ
11、211 酸化剤排ガス熱交換器
12、212 第2排気路
13、213 第2凝縮水路
14 貯湯タンク
15 温水循環経路
16 隔壁
17 第1貯水路
18 第2貯水路
19 水位検知器
20 排水口
21 給水弁
22 制御部
32 原料流量計
42 空気流量計
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 31, 41, 201 Fuel cell system 2, 202 Fuel cell 3, 203 Hydrogen generator 3a, 203a Combustor 4, 204 Raw material blower 5, 205 Combustion exhaust gas heat exchanger 6, 206 Water tank 7, 207 Exhaust port 7a Combustion exhaust gas exhaust port 7b Oxidant exhaust gas exhaust port 8, 208 First exhaust channel 9, 209 First condensate channel 10, 210 Air blower 11, 211 Oxidant exhaust gas heat exchanger 12, 212 Second exhaust channel 13, 213 Second Condensate channel 14 Hot water storage tank 15 Hot water circulation channel 16 Bulkhead 17 First reservoir 18 Second reservoir 19 Water level detector 20 Drain port 21 Water supply valve 22 Control unit 32 Raw material flow meter 42 Air flow meter

Claims (6)

原料と水から改質反応により水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、前記燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記水素生成器と前記燃料電池の少なくともいずれか一方から排気される排ガスを筐体外に排出する排気口と、前記排ガスを前記排気口に導く第1流路と、排ガスに含まれる水を蓄え、密閉された筐体で形成された水タンクと、前記第1流路から分岐され、前記排ガスに含まれる前記水を前記水タンクに導く第2流路とを備え、前記水タンクは、第1貯水部と第2貯水部とに分割する隔壁と、前記第1貯水部と前記第2貯水部に貯水された水を連通する連通部とを設け、前記第1貯水部には前記第2流路が連通し、前記第2貯水部には前記隔壁の最下部よりも高く、また前記連通部より高い位置に配される排水口を構成することを特徴とする燃料電池システム。 A hydrogen generator that generates hydrogen-containing fuel gas from a raw material and water by a reforming reaction; a fuel cell that generates electricity using the fuel gas and an oxidant gas that includes oxygen; and the hydrogen generator and the fuel cell. An exhaust port that exhausts exhaust gas exhausted from at least one of the casings, a first flow path that guides the exhaust gas to the exhaust port, and water that is contained in the exhaust gas is stored in a sealed casing. A water tank; and a second flow path that branches from the first flow path and guides the water contained in the exhaust gas to the water tank. The water tank includes a first water storage section and a second water storage section. A partition wall to be divided, a communication portion that communicates water stored in the first water storage portion and the second water storage portion, and a second flow path that communicates with the first water storage portion are provided. The part is higher than the lowest part of the partition wall and higher than the communication part Fuel cell system, characterized in that it constitutes a drain port which is disposed. 前記水タンクには水位を検知する水位検知器を有し、前記水位検知器が連通部より高い位置に設けられた規定値よりも低い水位であることを検出したときには運転を停止させるように制御する制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 The water tank has a water level detector for detecting the water level, and is controlled so that the operation is stopped when the water level detector detects that the water level is lower than a specified value provided at a position higher than the communication portion. The fuel cell system according to claim 1, further comprising a control unit that performs the operation. 前記水素生成器へ原料ガスを供給する原料供給部と、前記原料供給部から供給される原料供給量を測定する原料流量測定部とを備え、前記原料供給量が規定値より低下した場合に運転を停止させるように制御する制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 A raw material supply unit that supplies a raw material gas to the hydrogen generator and a raw material flow rate measurement unit that measures a raw material supply amount supplied from the raw material supply unit, and operates when the raw material supply amount falls below a specified value The fuel cell system according to claim 1, further comprising a control unit that controls to stop the operation. 前記水素生成器へ原料ガスを供給する原料供給部を有し、前記原料供給部の供給能力が規定値より高い供給能力であることを検知したときには運転を停止させるように制御する制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 And a control unit that controls to stop the operation when detecting that the supply capacity of the raw material supply unit is higher than a specified value. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is provided. 前記燃料電池へ空気を供給する空気供給部と、前記空気供給部から供給される空気供給量を測定する空気流量測定部とを備え、前記空気供給量が規定値より低下した場合に運転を停止させるように制御する制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 An air supply unit that supplies air to the fuel cell and an air flow rate measurement unit that measures an air supply amount supplied from the air supply unit, and stops operation when the air supply amount falls below a specified value The fuel cell system according to claim 1, further comprising a control unit configured to perform control. 前記燃料電池へ空気を供給する空気供給部を有し、前記空気供給部の供給能力が規定値より高い供給能力であることを検知したときには運転を停止させるように制御する制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 An air supply unit that supplies air to the fuel cell; and a control unit that controls to stop the operation when detecting that the supply capability of the air supply unit is higher than a specified value. The fuel cell system according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017147040A (en) * 2016-02-15 2017-08-24 パナソニックIpマネジメント株式会社 Combustion system
JP2018160430A (en) * 2017-03-23 2018-10-11 大阪瓦斯株式会社 Fuel cell system and operational method thereof

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